EP1999906B1 - Routing-verfahren - Google Patents

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EP1999906B1
EP1999906B1 EP07727408A EP07727408A EP1999906B1 EP 1999906 B1 EP1999906 B1 EP 1999906B1 EP 07727408 A EP07727408 A EP 07727408A EP 07727408 A EP07727408 A EP 07727408A EP 1999906 B1 EP1999906 B1 EP 1999906B1
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EP
European Patent Office
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node
route
path
metric
path candidate
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EP07727408A
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English (en)
French (fr)
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EP1999906A1 (de
Inventor
Matthias Kutschenreuter
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP1999906B1 publication Critical patent/EP1999906B1/de
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12Shortest path evaluation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12Shortest path evaluation
    • H04L45/123Evaluation of link metrics
    • HELECTRICITY
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    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12Shortest path evaluation
    • H04L45/124Shortest path evaluation using a combination of metrics
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    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/34Source routing
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/80Ingress point selection by the source endpoint, e.g. selection of ISP or POP
    • H04L45/85Selection among different networks

Definitions

  • the invention relates to a routing method and a network node and a network.
  • a network enables the transmission of messages between its nodes.
  • not all nodes of the network are directly connected to all other nodes. Therefore, a message from a sending node to a receiving node often needs to be forwarded through one or more intermediate nodes to get from the sending node to the receiving node.
  • the path from the sending node via the intermediate nodes to the receiving node is referred to as path or route.
  • a routing method In order to select a suitable path for a message from a large number of theoretically possible paths in the network, a routing method is used.
  • the routing method first determines at least one, but expediently a plurality of path candidates along which the message could be transmitted.
  • the path candidates are each assigned a path distance value, a so-called route metric.
  • the path distance value is a measure of the quality of a path candidate.
  • the path distance value is usually determined from link distance values, which in turn are a measure of the quality of individual links of the particular path candidate.
  • a link is the direct connection of two nodes of the network.
  • the path distance value may include, for example, usage costs for a link of the path or the number of links of a path. Furthermore, it is possible that values for a transmission quality along the path candidate or a link of the path candidate or values for the transmission speed of the path candidate or a link of the path candidate are received. The path candidate with the optimal path distance value will be selected as path in the sequence. The message can now be transmitted along this path.
  • routing metrics The methods for determining the path distance value are referred to as routing metrics.
  • a known routing metric is ETX (Expected Transmission Count). With the routing metric ETX, the path is selected where the expected number of transmissions is the lowest. Transmissions here are to be understood as both first transmissions (transmissions) and repeated transmissions (retransmissions). A first transmission is the transmission of a packet via a link. A repeated transmission takes place if the first transmission was unsuccessful.
  • ETX uses data packet arrival rates, which are determined by the two nodes belonging to the respective link. To determine the data packet arrival rates, ETX messages are sent at regular intervals.
  • a routing method will only provide low quality path candidates, i. with a poor path distance value, and thus, when selecting the path from these path candidates, again a low quality path must be chosen, although high quality paths exist. For example, routing messages of the high quality paths may collide randomly, so that these paths are not found.
  • a routing method for a network is known in which one or more path candidates are determined between a source node and a destination node, each consisting of at least two nodes. At least one of the nodes of one of the path candidates determines a route metric for at least a part of the path candidate. In the determination of one or more path candidates, a link formed between two nodes is discarded if its route metric exceeds or falls below a threshold value.
  • Another routing method for a network is from the WO 01/69866 A1 in which a minimization of the connection costs between respective network nodes of the network is made.
  • the object underlying the invention is to provide a routing method that allows to determine better paths.
  • one or more path candidates are determined, each consisting of at least two nodes. Furthermore, at least one of the nodes of one of the path candidates determines a route metric for at least a part of the path candidate. The path candidate is discarded if its route metric exceeds or falls below a threshold. In this case, a route metric is used which uses a data packet arrival rate corrected by a penalty factor as the link metric. This has the advantage that those path candidates that are discarded can no longer be selected as paths. This in turn ensures that better paths are chosen.
  • the so-called ETX is used to determine the route metric
  • the threshold is expediently greater than 5, in particular 8.
  • other threshold values may be useful, for example 0.1. It is also possible that, when other metrics are used, a path candidate is expediently discarded if its route metric falls below the threshold value.
  • At least two path candidates are determined. Furthermore, it is expedient to determine a route metric for each of the path candidates.
  • Discarding a path candidate may, for example, be understood to mean that this path candidate is not considered further. Furthermore, it may mean, for example, that at least one node for a discarded path no longer sends any further routing messages to other nodes.
  • a start node or an end node of the path candidate is used as the at least one node.
  • the starting node is understood to be that node of a path candidate which has triggered a determination of the path candidates.
  • End nodes are understood to be the destination of a path to be determined using the path candidates.
  • the advantage here is that the starting node, which needs the path, has better control over the determination of the path candidates. It is thereby achieved that the start node does not discard path candidates, for example, if only very few path candidates can be determined.
  • an intermediate node of the path candidate is used as the at least one node.
  • Intermediate node means any node of the path candidate that does not correspond to the start or end node. This approach has the advantage that path candidates have already been discarded before arriving at the starting node of the path candidate. This ensures that low-quality path candidates are discarded very quickly, thus reducing the burden on the network of routing messages.
  • Intermediate nodes are those nodes of a path candidate that do not correspond to the start node.
  • the network node has at least one receiving device for receiving route confirmations, in particular route reply messages, and at least one data processing device which is configured such that a route metric is determined for at least a part of the path candidate upon receipt of a route feedback associated with a path candidate Path candidate is discarded when its route metric reaches at least a threshold.
  • the data processing device is designed in such a way that a route metric is used in which a data packet arrival rate corrected by a puncture factor is used as the link metric.
  • the network node is configured such that the path candidate is discarded only if the network node corresponds to a start node or end node of the path candidate.
  • the network has at least one node, which has at least one receiving device for receiving route confirmations, in particular route reply messages, and at least one data processing device which is configured such that upon receipt of a route candidate associated with a path candidate for at least a part of the path candidate a route metric is determined and the path candidate is discarded when its route metric at least reaches a threshold.
  • the data processing device is designed in such a way that a route metric is used in which a data packet arrival rate corrected by a puncture factor is used as the link metric.
  • the network alternatively or additionally comprises nodes that are configured such that the path candidate is discarded only if the network node corresponds to a start node or end node of the path candidate.
  • the ad hoc network according to FIG. 1 contains a first to seventh node K1... 7 and a gateway G.
  • the first node K1 wishes to send a message to the gateway G. It is assumed for this example that none of the nodes K1 ... 7 knows a path to the gateway G and therefore such a path must be completely determined.
  • AODV Ad-hoc On-Demand Distance Vector
  • Route Request message A route is determined when the RREQ reaches the destination. This route is unicast via so-called Route Reply message back to the origin of the Route Request message, i. sent to the first node K1. For this purpose, each node K1 ... 7, which has received and forwarded the request, the node K1 ... 7 stored, from which he has received the route request message.
  • the first path candidate P1 leads from the first node K1 via the second, third and fourth nodes K2, 3, 4 to the gateway G.
  • the second path candidate P2 leads from the first node K1 via the second and fifth nodes K2.5 to the gateway G.
  • the third path candidate P3 leads from the first node K1 via the second and sixth nodes K2, 6 to the gateway G.
  • the seventh node K7 does not occur in any of the path candidates P1... 3 in this example.
  • route reply messages along the path candidates are now sent back to the first node K1.
  • the gateway G sends a route reply message for the first path candidate P1 to the fourth node K4. This sends a route reply message to the third node K3. In turn, sends a route reply message to the second node K2, which sends a route reply message to the first node K1.
  • the receiving node K1... 7 Upon receiving a route reply message, the receiving node K1... 7 respectively determines a route metric for the respective path candidate P1. This refers to the part of the path candidate P1 ... 3 from the target, ie in this example, the gateway G to the respective node K1 .... 7
  • the route metric is then passed in the route reply message, so that the first node K1 can finally determine the total route metric for each of the path candidates P1 ... 3.
  • the punishment factor is 0.8.
  • the punishment factor serves to assign path candidates P1 ... 3 with many links a lower quality, also their individual link metrics are very good.
  • each node K1 ... 7 receiving a route reply message compares the route metric of the respective path candidate P1 ... 3 with a threshold value.
  • the threshold should be 0.2.
  • the rejected path candidate P1... 3 does not reach the first node K1 and thus can not be used to transmit the message to the gateway G.
  • the first node K1 itself also compares the route metric of a path candidate P1 ... 3 transmitted to it by a route reply message with the threshold value and rejects the path candidate P1 ... 3 if its route metric reaches or falls below the threshold value.
  • the threshold can also have any other value. Values between 0 and 1 make sense for the routing metric used in this example. Suitably values are between 0 and 0.4, for example 0.1 or 0.2. For other routing metrics such as ETX, however, thresholds greater than 1 make sense. Threshold values are expediently greater than 5. If, for example, ETX is used as the routing metric, then it is expedient to reject path candidates P1... 3 if their route metric exceeds the threshold value.
  • the first node K1 From the undisclosed path candidates P1... 3, the first node K1 finally chooses the path candidate with the best route metric. For the metric used in this example, this is the path candidate P1 ... 3 with the highest route metric.
  • the path candidate P1 is then not discarded because its route metric is greater than 0.2.
  • the second path candidate P2 at the fifth, second and first node each has a route metric of 0.72 or 0.58 or 0.41.
  • the third path candidate P3 results in route metrics of 0.48 and 0.19 at the sixth node K6 and at the second node K2, respectively.
  • the third path candidate P3 is already discarded at the second node K2, since already there its route metric is smaller than the threshold value of 0.2.
  • the third path candidate P3 therefore does not reach the first node K1.
  • the first node becomes the second path candidate P2, the only one being a suitable route metric has to select G for transmission of the message to the gateway.
  • no path candidate P1... 3 results which has a route metric which is greater than the threshold value.
  • the first node continues the routing process until a suitable path candidate P1 ... 3 results.
  • An alternative embodiment of the invention results from the fact that a path candidate P1... 3 only from the first node K1, i. from the node K1 wishing to transmit the message is discarded.
  • the other nodes K2... 7 do not compare the route metric with the threshold value and thus always transmit route reply messages.
  • the first node K1 would thus be informed of all three path candidates P1... 3 and would in turn reject the first and third path candidates P1,3. If the second path candidate P2 would not exist at a later time or if its route metric would also be worse than the threshold value, it would optionally be possible to continue the routing procedure and, for example, after expiration of a definable period of time, despite the poor route metrics, one of the path candidates P1. .3 to choose.
  • the route metric for the path candidates P1... 3 is already determined when the route request messages are sent and forwarded with the route request messages.
  • the second node K2 broadcasts another route request message that reaches the first, third, fifth and sixth nodes K1, 3, 5, 6.
  • the first node ignores this route request message.
  • the third, fifth and sixth nodes K3, 5, 6 each send a route request message again.
  • the route request messages of the third and fifth nodes K3, 5 collide.
  • neither one of the nodes K1... 7 nor the gateway G can receive the route request messages and the first and second path candidates P1, 2 can not be followed up. They are thus lost for the determination of path candidates P1 ... 3.
  • the threshold value for the route metric at which a path candidate P1... 3 is discarded should be 0.15.
  • the route metric of the third path candidate P3 is less than the threshold. Therefore, the gateway G discards this path candidate P3. The gateway G thus sends no route reply message.
  • the first node K1 again sends a route request message. It is now assumed that no collision of route request messages happens and all three path candidates P1 ... 3 become known to the gateway G.
  • the gateway determines the route metrics for the three path candidates P1 ... 3 at 0.19 for the first path candidate P1, 0.41 for the second path candidate P2 and again 0.14 for the third path candidate P3.
  • the gateway G now discards the third path candidate P3, since its route metric is less than the threshold of 0.15.
  • the gateway G sends route reply messages, respectively. If these reach the first node K1 via the respective path candidates P1, 2, then the latter selects, based on the route metric, the second path candidate P2 for the planned transmission of the message to the gateway G.
  • the first node K1 is forced to send a second route request message after the specified time has elapsed.
  • the planned transmission of the message to the gateway G a much better path is found.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Routing-Verfahren sowie einen Netzwerkknoten und ein Netzwerk.
  • Ein Netzwerk ermöglicht das Übermitteln von Nachrichten zwischen seinen Knoten. In einem Netzwerk sind nicht alle Knoten des Netzwerks mit allen weiteren Knoten direkt verbunden. Eine Nachricht von einem sendenden Knoten zu einem empfangenden Knoten muss daher oftmals über einen oder mehrere Zwischenknoten weitergeleitet werden, um vom sendenden Knoten zum empfangenden Knoten zu gelangen. Der Weg vom sendenden Knoten über die Zwischenknoten zum empfangenden Knoten wird dabei als Pfad oder Route bezeichnet.
  • Um aus einer großen Menge von theoretisch möglichen Pfaden im Netzwerk für eine Nachricht einen geeigneten Pfad auszuwählen, kommt ein Routing-Verfahren zum Einsatz. Das Routing-Verfahren ermittelt zuerst wenigstens einen, zweckmäßig aber eine Mehrzahl von Pfadkandidaten, entlang derer die Nachricht übermittelt werden könnte. Im Folgenden wird den Pfadkandidaten jeweils ein Pfaddistanzwert, eine sog. Routenmetrik, zugeordnet. Der Pfaddistanzwert ist ein Maß für die Qualität eines Pfadkandidaten. Der Pfaddistanzwert wiederum wird üblicherweise aus Linkdistanzwerten bestimmt, die wiederum ein Maß für die Qualität von einzelnen Links des jeweiligen Pfadkandidaten sind. Als Link wird hierbei die direkte Verbindung zweier Knoten des Netzwerks bezeichnet.
  • In den Pfaddistanzwert können beispielsweise Nutzungskosten für einen Link des Pfades oder die Anzahl der Links eines Pfades eingehen. Weiterhin ist es möglich, dass Werte für eine Übertragungsqualität entlang des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten oder Werte für die Übertragungsgeschwindigkeit des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten eingehen. Der Pfadkandidat mit dem optimalen Pfaddistanzwert wird in der Folge als Pfad ausgewählt. Die Nachricht kann nun entlang dieses Pfades übermittelt werden.
  • Die Verfahren zur Ermittlung des Pfaddistanzwertes werden als Routing-Metriken bezeichnet. Eine bekannte Routing-Metrik ist ETX (Expected Transmission Count). Mit der Routing-Metrik ETX wird derjenige Pfad ausgewählt, bei dem die zu erwartende Anzahl an Übertragungen am geringsten ist. Unter Übertragungen sind hierbei sowohl Erstübertragungen (Transmissions) als auch wiederholte Übertragungen (Retransmissions) zu verstehen. Eine erste Übertragung ist die Übertragung eines Pakets über einen Link. Eine wiederholte Übertragung findet statt, wenn die erste Übertragung nicht erfolgreich war. Zur Bestimmung der Linkdistanzwerte werden bei ETX Datenpaketankunftsraten verwendet, die von den zwei zu dem jeweiligen Link gehörigen Knoten ermittelt werden. Zur Ermittlung der Datenpaketankunftsraten werden in regelmäßigen Zeitabständen ETX-Nachrichten versendet.
  • Es ist möglich, dass ein Routing-Verfahren nur Pfadkandidaten mit geringer Qualität, d.h. mit einem schlechten Pfaddistanzwert, ermittelt und somit bei der Auswahl des Pfades aus diesen Pfadkandidaten wiederum ein Pfad von geringer Qualität gewählt werden muss, obwohl Pfade mit hoher Qualität existieren. Es können beispielsweise Routing-Nachrichten der Pfade mit hoher Qualität zufällig miteinander kollidieren, so dass diese Pfade nicht gefunden werden.
  • Aus der US 2004/0233850 A1 ist ein Routing-Verfahren für ein Netzwerk bekannt, bei dem ein oder mehrere Pfadkandidaten zwischen einem Quellknoten und einem Zielknoten ermittelt werden, welche aus jeweils wenigstens zwei Knoten bestehen. Wenigstens einer der Knoten eines der Pfadkandidaten ermittelt hierbei eine Routenmetrik für wenigstens einen Teil des Pfadkandidaten. Bei der Ermittlung eines oder mehrerer Pfadkandidaten wird ein zwischen zwei Knoten gebildeter Link verworfen, wenn seine Routenmetrik einen Schwellwert über-/unterschreitet.
  • Aus van Mieghem et al.: "Hop-by-Hop Quality of Service Routing" Computer Networks, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, NL, Bd. 37, Nr. 3-4, 5. November 2001, Seiten 400 bis 423, ist ein weiteres Routing-Verfahren für ein Netzwerk bekannt, bei welchem ein Pfad von einem Quell- zu einem Zielknoten ermittelt wird unter der Bedingung, dass für jeden Link zwischen zwei Netzknoten eine oder mehrere Bedingungen vorgegeben sind.
  • Ein weiters Routing-Verfahren für ein Netzwerk ist aus der WO 01/69866 A1 bekannt, bei welchem eine Minimierung der Verbindungskosten zwischen jeweiligen Netzknoten des Netzwerks vorgenommen wird.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Routing-Verfahren anzugeben, das es erlaubt, bessere Pfade zu ermitteln.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Routing-Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Lösungen bestehen in einem Netzwerkknoten gemäß Anspruch 7 und einem Netzwerk gemäß Anspruch 9.
  • Beim Routing-Verfahren für ein Netzwerk werden ein oder mehrere Pfadkandidaten bestehend aus jeweils wenigstens zwei Knoten ermittelt. Weiterhin ermittelt wenigstens einer der Knoten eines der Pfadkandidaten eine Routenmetrik für wenigstens einen Teil des Pfadkandidaten. Der Pfadkandidat wird verworfen, wenn seine Routenmetrik einen Schwellwert über- oder unterschreitet. Hierbei wird eine Routenmetrik verwendet, die als Linkmetrik eine um einen Bestrafungsfaktor korrigierte Datenpaketsankunftsrate verwendet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass diejenigen Pfadkandidaten, die verworfen werden, nicht mehr als Pfad gewählt werden können. Dadurch wiederum wird erreicht, dass bessere Pfade gewählt werden.
  • Wird als zur Ermittlung der Routenmetrik bspw. das sog. ETX verwendet, so ist es zweckmäßig, Pfadkandidaten zu verwerfen, wenn deren Routenmetrik den Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert liegt hier zweckmäßig größer als 5, insbesondere 8. Bei anderen Metriken können andere Schwellwerte sinnvoll sein, bspw. 0,1. Ebenso ist es möglich, dass bei Verwendung anderer Metriken ein Pfadkandidat zweckmäßig dann verworfen wird, wenn seine Routenmetrik den Schwellwert unterschreitet.
  • Bevorzugt werden wenigstens zwei Pfadkandidaten ermittelt. Weiterhin ist es zweckmäßig, für jeden der Pfadkandidaten eine Routenmetrik zu ermitteln.
  • Unter einem Verwerfen eines Pfadkandidaten kann bspw. verstanden werden, dass dieser Pfadkandidat nicht weiter berücksichtigt wird. Weiterhin kann es bspw. bedeuten, dass wenigstens ein Knoten für einen verworfenen Pfad keine weiteren Routing-Nachrichten mehr an andere Knoten versendet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird als der wenigstens eine Knoten ein Startknoten oder ein Endknoten des Pfadkandidaten verwendet. Als Startknoten wird dabei derjenige Knoten eines Pfadkandidaten verstanden, der eine Ermittlung der Pfadkandidaten ausgelöst hat. Unter Endknoten wird das Ziel eines mithilfe der Pfadkandidaten zu ermittelnden Pfades verstanden. Hier ergibt sich der Vorteil, dass der Startknoten, der den Pfad benötigt, eine bessere Kontrolle über die Ermittlung der Pfadkandidaten hat. Dadurch wird erreicht, dass der Startknoten Pfadkandidaten bspw. dann nicht verwirft, wenn nur sehr wenige Pfadkandidaten ermittelt werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird als der wenigstens eine Knoten ein Zwischenknoten des Pfadkandidaten verwendet. Unter Zwischenknoten wird jeder Knoten des Pfadkandidaten verstanden, der nicht dem Start- oder Endknoten entspricht. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass Pfadkandidaten bereits verworfen werden, bevor sie beim Startknoten des Pfadkandidaten ankommen. Dadurch wird erreicht, dass Pfadkandidaten geringer Qualität sehr schnell verworfen werden und somit die Belastung des Netzwerks mit Routing-Nachrichten verringert wird. Unter Zwischenknoten werden diejenigen Knoten eines Pfadkandidaten verstanden, die nicht dem Startknoten entsprechen.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ergibt sich die Routenmetrik nach folgender Formel: R = Links LM = Links D P
    Figure imgb0001
  • R
    Routenmetrik
    LM
    Linkmetrik
    D
    Datenpaketankunftsrate
    P
    Bestrafungsfaktor
    Links
    Anzahl der Links des Pfadkandidaten.
  • Der Netzwerkknoten weist wenigstens eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Routenrückmeldungen, insbesondere Route-Reply-Nachrichten, und wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, die derart ausgestaltet ist, dass bei Empfang einer zu einem Pfadkandidaten gehörigen Routenrückmeldung für wenigstens einen Teil des Pfadkandidaten eine Routenmetrik ermittelt wird und der Pfadkandidat verworfen wird, wenn seine Routenmetrik einen Schwellwert zumindest erreicht. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass eine Routenmetrik verwendet wird, bei der als Linkmetrik eine um einen Bestrafungsfaktor korrigierte Datenpaketsankunftsrate verwendet wird.
  • Bevorzugt ist der Netzwerkknoten derart ausgestaltet, dass der Pfadkandidat nur verworfen wird, wenn der Netzwerkknoten einem Startknoten oder Endknoten des Pfadkandidaten entspricht.
  • Das Netzwerk weist wenigstens einen Knoten auf, der wenigstens eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Routenrückmeldungen, insbesondere Route-Reply-Nachrichten, und wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass bei Empfang einer zu einem Pfadkandidaten gehörigen Routenrückmeldung für wenigstens einen Teil des Pfadkandidaten eine Routenmetrik ermittelt wird und der Pfadkandidat verworfen wird, wenn seine Routenmetrik einen Schwellwert zumindest erreicht. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass eine Routenmetrik verwendet wird, bei der als Linkmetrik eine um einen Bestrafungsfaktor korrigierte Datenpaketsankunftsrate verwendet wird.
  • Bevorzugt weist das Netzwerk alternativ oder zusätzlich Knoten auf, die derart ausgestaltet sind, dass der Pfadkandidat nur verworfen wird, wenn der Netzwerkknoten einem Startknoten oder Endknoten des Pfadkandidaten entspricht.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
  • Figur 1
    ein Ad-hoc-Netzwerk
  • Das Ad-hoc-Netzwerk gemäß Figur 1 enthält einen ersten bis siebten Knoten K1...7 und ein Gateway G.
  • In der beispielhaften Umsetzung der Erfindung gemäß Figur 1 möchte der erste Knoten K1 eine Nachricht an das Gateway G senden. Es wird für dieses Beispiel davon ausgegangen, dass keiner der Knoten K1...7 einen Pfad zum Gateway G kennt und deshalb ein solcher Pfad vollständig ermittelt werden muss.
  • Zur Ermittlung des Pfades wird das Routing-Protokoll AODV (Ad-hoc On-Demand Distance Vector) verwendet. AODV sieht vor, dass der erste Knoten K1 eine sog. Route-Request-Nachricht per Broadcast an weitere Knoten in seiner Umgebung sendet.
  • Diese wiederum leiten die Route-Request-Nachricht weiter. Eine Route wird bestimmt, wenn der RREQ das Ziel erreicht. Diese Route wird per sog. Route-Reply-Nachricht per Unicast zurück an den Ursprung der Route-Request-Nachricht, d.h. an den ersten Knoten K1 geschickt. Dazu hat jeder Knoten K1...7, der die Anfrage empfangen und weitergeleitet hat, den Knoten K1...7 gespeichert, von dem er die Route-Request-Nachricht erhalten hat.
  • Auf diese Weise ergeben sich in diesem Beispiel beim ersten Knoten K1 drei Pfadkandidaten P1...3, entlang derer die Nachricht von diesem an das Gateway G übermittelt werden kann. Der erste Pfadkandidat P1 führt dabei vom ersten Knoten K1 über den zweiten, dritten und vierten Knoten K2, 3, 4 zum Gateway G. Der zweite Pfadkandidat P2 führt vom ersten Knoten K1 über den zweiten und fünften Knoten K2,5 zum Gateway G. Der dritte Pfadkandidat P3 führt vom ersten Knoten K1 über den zweiten und sechsten Knoten K2,6 zum Gateway G. Der siebte Knoten K7 kommt in diesem Beispiel in keinem der Pfadkandidaten P1...3 vor.
  • Um die Pfadkandidaten P1...3 an den ersten Knoten K1 zu übermitteln, werden nun Route-Reply-Nachrichten entlang der Pfadkandidaten zurück an den ersten Knoten K1 gesendet. So sendet das Gateway G eine Route-Reply-Nachricht für den ersten Pfadkandidaten P1 an den vierten Knoten K4. Dieser sendet eine Route-Reply-Nachricht an den dritten Knoten K3. Der wiederum sendet eine Route-Reply-Nachricht an den zweiten Knoten K2, der eine Route-Reply-Nachricht an den ersten Knoten K1 sendet.
  • Beim Empfang einer Route-Reply-Nachricht ermittelt der empfangende Knoten K1...7 jeweils eine Routenmetrik für den jeweiligen Pfadkandidaten P1...3. Diese bezieht sich dabei auf den Teil des Pfadkandidaten P1...3 vom Ziel, d.h. in diesem Beispiel dem Gateway G bis zum jeweiligen Knoten K1...7. Die Routenmetrik wird dann in der Route-Reply-Nachricht weitergegeben, sodass der erste Knoten K1 schließlich die gesamte Routenmetrik für jeden der Pfadkandidaten P1...3 bestimmen kann.
  • Als Routing-Metrik, d.h. als Vorschrift zur Ermittlung der Routenmetriken kommt hierbei eine Routenmetrik zum Einsatz, bei der als Linkmetrik eine Datenpaketankunftsrate verwendet wird. Diese wiederum wird von den Knoten K1...7 aus sog. Hello-Nachrichten oder Metrik-Nachrichten ermittelt, die in regelmäßigen zeitlichen Abständen versendet werden. Hat der fünfte Knoten K5 bspw. vom Gateway G von den letzten m Hello-Nachrichten die letzten n empfangen, so bestimmt er die Datenpaketankunftsrate bzgl. des Links zwischen sich und dem Gateway G zu n/m. Aus den Linkmetriken der Links wird die Routenmetrik wiederum durch das Produkt der Linkmetriken bestimmt. Hierbei wird für jeden Link ein Bestrafungsfaktor in das Produkt aufgenommen, sodass sich als Formel für die Routenmetrik ergibt: R = Links LM = Links D P
    Figure imgb0002
  • R
    Routenmetrik
    LM
    Linkmetrik
    D
    Datenpaketankunftsrate
    P
    Bestrafungsfaktor
    Links
    Anzahl der Links des Pfadkandidaten P1...3
  • In diesem Beispiel wird als Bestrafungsfaktor 0,8 verwendet. Der Bestrafungsfaktor dient dazu, Pfadkandidaten P1...3 mit vielen Links eine geringere Qualität zuzuordnen, auch ihre einzelnen Linkmetriken sehr gut sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung vergleicht jeder Knoten K1...7, der eine Route-Reply-Nachricht empfängt, die Routenmetrik des jeweiligen Pfadkandidaten P1...3 mit einem Schwellwert. Der Schwellwert soll hierbei 0,2 betragen. Unterschreitet die bei einem Knoten K1...7 ermittelte Routenmetrik des jeweiligen Pfadkandidaten P1...3 den Schwellwert, so wird der jeweilige Pfadkandidaten P1...3 verworfen. Das bedeutet, der Knoten K1...7 sendet keine Route-Reply-Nachricht in Bezug auf den jeweiligen Pfadkandidaten P1...3 mehr weiter. Dadurch erreicht der verworfene Pfadkandidat P1...3 nicht den ersten Knoten K1 und kann somit auch nicht zur Übermittlung der Nachricht an das Gateway G verwendet werden. Auch der erste Knoten K1 selbst vergleicht die Routenmetrik eines ihm per Route-Reply-Nachricht übermittelten Pfadkandidaten P1...3 mit dem Schwellwert und verwirft den Pfadkandidaten P1...3, falls seine Routenmetrik den Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
  • Optional kann der Schwellwert auch jeden anderen Wert haben. Für die in diesem Beispiel verwendete Routing-Metrik sind Werte zwischen 0 und 1 sinnvoll. Zweckmäßig sind Werte zwischen 0 und 0,4, bspw. 0,1 oder 0,2. Bei anderen Routing-Metriken wie bspw. ETX sind hingegen Schwellwerte größer als 1 sinnvoll. Zweckmäßig sind Schwellwerte größer als 5. Wird als Routing-Metrik bspw. ETX verwendet, so ist es zweckmäßig, Pfadkandidaten P1...3 zu verwerfen, wenn deren Routenmetrik den Schwellwert überschreitet.
  • Aus den nicht verworfenen Pfadkandidaten P1...3 wählt der erste Knoten K1 zuletzt denjenigen Pfadkandidaten mit der besten Routenmetrik. Bei der in diesem Beispiel verwendeten Metrik ist das derjenige Pfadkandidaten P1...3 mit der höchsten Routenmetrik.
  • Für die einzelnen Pfadkandidaten P1...3 ergibt sich aus dem angegebenen Schema der im Folgenden beschriebene Verlauf. Für die Linkmetriken werden hier jeweils beispielhafte Werte angenommen, die in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind:
    Link zwischen: Linkmetrik:
    Gateway G, vierter Knoten K4 0,8
    Gateway G, fünfter Knoten K5 0,9
    Gateway G, sechster Knoten K6 0,6
    vierter Knoten K4, dritter Knoten K3 0,7
    dritter Knoten K3, zweiter Knoten K2 0,9
    zweiter Knoten K2, erster Knoten K1 0,9
    fünfter Knoten K5, zweiter Knoten K2 1
    sechster Knoten K6, zweiter Knoten K2 0,5
  • Beim ersten Pfadkandidaten P1 wird eine Route-Reply-Nachricht vom Gateway G an den vierten Knoten K4 gesendet. Dieser berechnet die Routenmetrik für den bisherigen ersten Pfad zu dem Produkt aus der Linkmetrik für diesen Link und dem Bestrafungsfaktor, also 0,8*0,8 = 0,64. Der Pfadkandidaten P1 wird daraufhin nicht verworfen, da seine Routenmetrik größer als 0,2 ist. Im Folgenden geht eine Route-Reply-Nachricht vom vierten Knoten K4 an den dritten Knoten K3. Dieser berechnet die Routenmetrik aus dem Produkt der bisherigen Routenmetrik und der Linkmetrik für den Link zwischen sich und dem vierten Knoten K4 sowie dem Bestrafungsfaktor, also 0,64*0,8*0,7 = 0,36. Nach einer Route-Reply-Nachricht an den zweiten Knoten K2 berechnet dieser die Routenmetrik zu 0,36*0,8*0,9 = 0,26. Der erste Knoten K1 berechnet nach der letzten Route-Reply-Nachricht die Routenmetrik zu 0,26*0,8*0,9 = 0,19. Der erste Pfadkandidat P1 wird also beim ersten Knoten K1 verworfen, da seine Routenmetrik dort kleiner als 0,2 ist.
  • Mit der gleichen Vorgehensweise ergibt sich beim zweiten Pfadkandidaten P2 beim fünften, zweiten und ersten Knoten je eine Routenmetrik von 0,72 bzw. 0,58 bzw. 0,41. Beim dritten Pfadkandidaten P3 ergeben sich Routenmetriken von 0,48 und 0,19 beim sechsten Knoten K6 bzw. beim zweiten Knoten K2. Der dritte Pfadkandidat P3 wird also bereits beim zweiten Knoten K2 verworfen, da bereits dort seine Routenmetrik kleiner als der Schwellwert von 0,2 ist. Der dritte Pfadkandidat P3 erreicht daher nicht den ersten Knoten K1.
  • In diesem Beispiel wird der erste Knoten daher den zweiten Pfadkandidaten P2, der als Einziger eine geeignete Routenmetrik aufweist, zur Übertragung der Nachricht an das Gateway G wählen.
  • In dieser Ausführungsform der Erfindung kann auch der Fall eintreten, dass sich kein Pfadkandidat P1...3 ergibt, der eine Routenmetrik aufweist, die größer als der Schwellwert ist. In diesem Fall setzt der erste Knoten das Routing-Verfahren so lange fort, bis sich ein geeigneter Pfadkandidat P1...3 ergibt.
  • Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ergibt sich daraus, dass ein Pfadkandidat P1...3 nur vom ersten Knoten K1, d.h. von demjenigen Knoten K1, der die Nachricht übermitteln möchte, verworfen wird. Die anderen Knoten K2...7 führen keinen Vergleich der Routenmetrik mit dem Schwellwert durch und übermitteln also immer Route-Reply-Nächrichten.
  • Bei dieser Ausführungsform würde der erste Knoten K1 also von allen drei Pfadkandidaten P1...3 erfahren und würde seinerseits den ersten und dritten Pfadkandidaten P1,3 verwerfen. Gäbe es zu einem späteren Zeitpunkt den zweiten Pfadkandidaten P2 nicht oder wäre seine Routenmetrik ebenfalls schlechter als der Schwellwert, so bestünde optional die Möglichkeit, das Routing-Verfahren fortzusetzen und bspw. nach Ablauf einer festlegbaren Zeitspanne trotz der schlechten Routenmetriken einen der Pfadkandidaten P1...3 zu wählen.
  • Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus einer im Folgenden beschriebenen Ausführungsvariante hervor, die sich ebenfalls auf das in Figur 1 dargestellte Adhoc-Netzwerk bezieht.
  • In dieser Variante wird die Routenmetrik für die Pfadkandidaten P1...3 bereits bei der Versendung der Route-Request-Nachrichten bestimmt und mit den Route-Request-Nachrichten weitergeleitet.
  • Bei der Ermittlung der Pfadkandidaten P1...3 sendet der erste Knoten K1 eine Route-Request-Nachricht per Broadcast. Diese erreicht in diesem Beispiel den zweiten Knoten K2. Dieser bestimmt die Routenmetrik für den Abschnitt zwischen sich und dem ersten Knoten K1 zu 0,8*0,9 = 0,72. Hierbei werden erneut die Linkmetriken aus obiger Tabelle zugrunde gelegt.
  • Der zweite Knoten K2 sendet eine weitere Route-Request-Nachricht per Broadcast, die den ersten, dritten, fünften und sechsten Knoten K1, 3, 5, 6 erreicht. Der erste Knoten ignoriert diese Route-Request-Nachricht. Der dritte, fünfte und sechste Knoten K3, 5, 6 bearbeiten die Route-Request-Nachricht und berechnen die Routenmetrik für die jeweiligen Abschnitte der Pfadkandidaten P1...3 zwischen sich und dem ersten Knoten K1 zu 0,72*0,9*0,8 = 0,52 für den dritten Knoten, 0,72*1*0,8 = 0,58 für den fünften Knoten und 0,72*0,5*0,8 = 0,29 für den sechsten Knoten.
  • In der Folge senden der dritte, fünfte und sechste Knoten K3, 5, 6 jeweils wieder je eine Route-Request-Nachricht. Hierbei kollidieren die Route-Request-Nachrichten des dritten und fünften Knotens K3, 5. Hierdurch kann weder einer der Knoten K1...7 noch das Gateway G die Route-Request-Nachrichten empfangen und der erste und zweite Pfadkandidat P1, 2 können nicht weiterverfolgt werden. Sie sind somit für die Ermittlung von Pfadkandidaten P1...3 verloren.
  • Eine Route-Request-Nachricht, die vom sechsten Knoten K6 gesendet wird, erreicht hingegen das Gateway G. Dieses berechnet die Routenmetrik für den jetzt vollständigen dritten Pfadkandidaten P3 zu 0,29*0,6*0,8 = 0,14.
  • In diesem Beispiel soll der Schwellwert für die Routenmetrik, ab dem ein Pfadkandidat P1...3 verworfen wird, 0,15 betragen. Die Routenmetrik des dritten Pfadkandidaten P3 ist geringer als der Schwellwert. Daher verwirft das Gateway G diesen Pfadkandidaten P3. Das Gateway G sendet also keine Route-Reply-Nachricht.
  • Dies passiert, obwohl kein weiterer Pfadkandidat P1...3 mehr bestimmt werden konnte. Das bedeutet wiederum, dass der erste Knoten K1 keine Rückmeldung über Pfadkandidaten P1...3 in Form von Route-Reply-Nachrichten erhalten wird und daher auch keinen Pfad zum Gateway G bestimmen kann. Der erste Knoten K1 kann daher die geplante Übermittlung einer Nachricht an das Gateway G nicht durchführen.
  • Nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne sendet der erste Knoten K1 daher erneut eine Route-Request-Nachricht. Es wird nun davon ausgegangen, dass keine Kollision von Route-Request-Nachrichten passiert und alle drei Pfadkandidaten P1...3 dem Gateway G bekannt werden. Das Gateway bestimmt die Routenmetriken für die drei Pfadkandidaten P1...3 zu 0,19 für den ersten Pfadkandidaten P1, 0,41 für den zweiten Pfadkandidaten P2 und wiederum 0,14 für den dritten Pfadkandidaten P3.
  • Das Gateway G verwirft nun den dritten Pfadkandidaten P3, da seine Routenmetrik kleiner ist als der Schwellwert von 0,15. Für den ersten und zweiten Pfadkandidaten P1, 2 sendet das Gateway G jeweils Route-Reply-Nachrichten. Erreichen diese über die jeweiligen Pfadkandidaten P1, 2 den ersten Knoten K1, so wählt dieser anhand der Routenmetrik den zweiten Pfadkandidaten P2 zur geplanten Übermittlung der Nachricht an das Gateway G.
  • Hierbei wird also der erste Knoten K1 gezwungen, nach Ablauf der festgelegten Zeitspanne eine zweite Route-Request-Nachricht zu versenden. Dafür wird jedoch erreicht, dass zur geplanten Übertragung der Nachricht an das Gateway G ein wesentlich besserer Pfad gefunden wird.
  • Die obigen Beispiele geben Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung an. Es ist möglich, einzelne Elemente der verschiedenen Ausführungsformen miteinander zu kombinieren, um so weitere Ausführungsmöglichkeiten zu erhalten. Es ist bspw. auch möglich, dass mehr als zwei Route-Request-Nachrichten versendet werden müssen.

Claims (9)

  1. Routing-Verfahren für ein Netzwerk, wobei
    - ein oder mehrere Pfadkandidaten (P1...3) bestehend aus jeweils wenigstens zwei Knoten (K1...7) ermittelt werden;
    - wenigstens einer der Knoten (K1...7) eines der Pfadkandidaten (P1...3) eine Routenmetrik für wenigstens einen Teil des Pfadkandidaten (P1...3) ermittelt;
    - der Pfadkandidat (P1...3) verworfen wird, wenn seine Routenmetrik einen Schwellwert über-/unterschreitet; und wobei
    - eine Routenmetrik verwendet wird, die als Linkmetrik eine um einen Bestrafungsfaktor korrigierte Datenpaketsankunftsrate verwendet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der wenigstens eine Knoten ein Startknoten oder ein Endknoten des Pfadkandidaten (P1...3) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der wenigstens eine Knoten ein Zwischenknoten des Pfadkandidaten (P1...3) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Routenmetrik nach folgender Formel ergibt: R = Links LM = Links D P ,
    Figure imgb0003

    worin
    R Routenmetrik
    LM Linkmetrik
    D Datenpaketankunftsrate
    P Bestrafungsfaktor
    Links Anzahl der Links des Pfadkandidaten.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Routenmetrik beim Empfang einer Route-Reply-Nachricht ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Routenmetrik bei der Versendung einer Route-Request-Nachricht bestimmt und mit der Route-Request-Nachricht weitergeleitet wird.
  7. Netzwerkknoten (K1...7) mit wenigstens einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Routenrückmeldungen, insbesondere Route-Reply-Nachrichten, und wenigstens einer Datenverarbeitungseinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass bei Empfang einer zu einem Pfadkandidaten (P1...3) gehörigen Routenrückmeldung für wenigstens einen Teil des Pfadkandidaten (P1...3) eine Routenmetrik ermittelt wird, wobei der Pfadkandidat (P1...3) verworfen wird, wenn seine Routenmetrik einen Schwellwert zumindest erreicht, und die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass eine Routenmetrik verwendet wird, bei der als Linkmetrik eine um einen Bestrafungsfaktor korrigierte Datenpaketsankunftsrate verwendet wird.
  8. Netzwerkknoten (K1...7) nach Anspruch 7, der derart ausgestaltet ist, dass der Pfadkandidat (P1...3) nur verworfen wird, wenn der Netzwerkknoten (K1...7) einem Startknoten oder einem Endknoten des Pfadkandidaten (P1...3) entspricht.
  9. Netzwerk mit Knoten (K1...7) gemäß Anspruch 7 und/ oder 8.
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